Вопрос 2. Источники нейтронов. Назначение, их параметры

В природе не существует естественных радиоизотопов, ко­торые непосредственно излучали бы нейтроны, исключая неко­торые изотопы тяжелых элементов при спонтанном делении и короткоживущие изотопы, испускающие запаздывающие ней­троны. Однако имеются ядерные реакции, с помощью которых нейтроны получаются косвенно.

Образование нейтронов происходит в результате реакций по­глощения типа (а, п) или (у, п) ядрами некоторых элементов (мишени) альфа-частиц или гамма-квантов, испускаемых ра­диоактивными изотопами (излучатели).

В источниках, основанных на реакции (а, п), образование нейтронов происходит по следующему принципу. Например, ядро бериллия, используемое в качестве мишени, поглощая альфа-частицу (Не) испускаемую излучателем, превращается в ядро углерода с выделением некоторой энергии (экзотермиче­ская реакция). В результате образуется нейтрон:

Возникновение нейтронов в источниках, основанных на ре­акции (у, п) происходит в результате пороговых эндотермиче­ских реакций, например

Эти реакции имеют практическое значение—на них осно­ваны небольшие портативные нейтронные источники (табл. 3).

В источниках быстрых нейтронов в качестве альфа-излуча­теля используют полоний, плутоний, радий, америций, актиний, а в качестве мишени — бериллий или бор. В фотонейтронных источниках нейтронов мишенью является бериллий или дейте­рий, гамма-излучателями — радиоизотопы радия, натрия, сурь­мы, лантана, иттрия и др.

Источник нейтронов представляет собой чаще всего порош­кообразную смесь альфа- или гамма-излучателя с мишенью, упакованную в герметически запаянную ампулу, которая за­щищена латунным кожухом. Источники испускают нейтроны сложного энергетического состава. Скорость распада ампульных источников нейтронов определяется периодами полурас­пада альфа- или гамма-излучателей. Ампульные источники характеризуются выходом нейтронов при одном и том же со­держании препарата альфа - или гамма-излучателя и вещества мишени, который во многом зависит от способа их приготов­ления.

В радиометрии скважин наибольшее практическое примене­ние имеют полоний-бериллиевые (Ро+Ве) и плутоний-бериллиевые (Рu+Ве) источники быстрых нейтронов. У радий-бериллиевых и радий-борных источников есть существенный недостаток—высокая интенсивность гамма-излучения, сопро­вождающего выход каждого нейтрона. У полониево-бериллиевых источников выход сопровождающего гамма-излучения на че­тыре порядка ниже, чем у радий-бериллиевых. С этой точки зрения еще более перспективно применение плутониевых источ­ников, у которых гамма-фон практически отсутствует.

Ампульные нейтронные источники имеют и другие недо­статки, снижающие эффективность радиометрических исследова­ний скважин: опасность облучения обслуживающего персонала, немонохроматичность энергетического спектра и относительно малая энергия испускаемых нейтронов, изменение выхода нейтронов во времени вследствие радиоактивных препара­тов, трудность создания в скважине нестационарных нейтрон­ных полей. От большей части перечисленных недостатков сво­бодны скважинные генераторы нейтронов, которые применя­ются в геофизике в качестве источников быстрых нейтронов. В скважинных генераторах нейтронов используются ядерные реакции, возникающие при бомбардировке мишени, которая представляет собой один из легких элементов (дейтерий, берил­лий и др.), потоком быстрых нейтронов.